用于采收作物的方法和系统与流程

本文披露的主题总体上涉及用于对比如玉米作物等田间作物进行表型分析和采收的系统、装置和方法。在特定实施例中，这些系统、装置和方法适用于对生长在研究小区或试验小区上的作物进行表型分析和采收。

背景技术：

1、本发明总体上涉及一种系统、装置及其使用方法，其能够实现对作物、特别是甜玉米的高通量采收和表型分析，从而能够对植株进行以市场需求性状驱动的基因组选择。被选择的植株可以被推进至育种管线中和/或被推进用于商业化用途。

2、在试验（例如，在研究小区中）之后被收集用于甜玉米植株的表型分析和选择的数据通常是在果穗成熟时（通常是授粉后21天）进行的。此时，甜玉米植株仍处于活跃发育期，并且采收数据的评估需要在尽可能短的时间内完成，以防止采收日期成为混淆因素。在理想情况下，只要条件允许，整个地点（例如，整个小区）需要在一天或两天内采收完毕。

3、为了执行分析，实验人员进入小区并随机选择一定数量的果穗，该数量预期能够代表整个小区。在一个示例中，实验人员可以从某一小区中选择5个“典型”果穗，然后基于对这5个果穗的分析（例如，使用估计平均值）对该小区的所有植株作出评估。这些分析通常包括客观测量和主观评估的结合。

4、申请人已认识到这种方法可能存在潜在问题。作为第一示例，较大的样本量（例如，每个小区10个或更多果穗）可以提供对小区真实平均值的更准确表示。然而，获取较大的样本量需耗费更多的人力和时间。作为第二示例，一些分析对主观评估的依赖可能会由于在样本选择和估计方面存在偏差而使结果出现偏斜。

5、因此，需要提供更高质量的试验小区数据（至少用于甜玉米作物分析），其中，样本量能够容易扩大，能够在准确度与劳动强度之间取得平衡，并且能够在减少主观性和偏差的情况下采集性状显著数据。

技术实现思路

1、根据本披露内容的某些方面，披露了用于采收作物（比如甜玉米作物）的系统、装置和方法。在特定方面，这些系统、装置和方法能够对生长在研究或试验小区上的甜玉米作物进行表型分析和采收。使用本文披露的系统、装置和/或方法选择的植株可以被推进到育种管线中以用于商业目的。在一个示例实施例中，披露了对现有采收机械的改进，这些改进允许在采收期间采集精准的光学、质量和位置信息，同时使得装备具备可运输性并易于在研究试验网络中部署。通过依赖高通量的定量测量，改善了研究小区的数据收集，从而为作物育种者提供更可靠的数据以用于作出选择、育种和推进决策。在示例实施例中，甜玉米作物数据收集和分析可以用于评估适销性性状，并在育种管线的早期推进具有高适销性的甜玉米植株。在特定实施例中，本文披露的系统、装置和方法允许进行自动化样本收集和数据追踪，比如通过使用精密gps和小区条形码信息来实现。

2、本发明的各方面包括被配置用于对生长在小区中的作物进行采收和表型分析的采收机。本发明的示例实施例涉及一种采收机，该采收机包括：采收头，该采收头用于夹持玉米植株并从所夹持的玉米植株上移除一个或多个玉米果穗；收集平台；可操作地联接至该收集平台的收集容器，该收集容器用于接收该一个或多个被移除的玉米果穗；第一传感器，该第一传感器被配置为感测在该收集平台或该收集容器处对该一个或多个被移除的玉米果穗的接收；第二地理定位传感器；以及控制器，该控制器包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器通信地耦合至该第一传感器和该第二传感器并且能够配置为执行存储在计算机可读存储介质中的指令。在特定实施例中，这些指令包括：连续收集来自该第一传感器的输出，该输出指示在该收集平台或该收集容器处对来自该玉米植株的一个或多个被移除的玉米果穗的接收；以及可选地将该第一传感器的输出与该第二传感器的输出进行关联，该第二传感器的输出指示该玉米植株在该小区内的位置。

3、在实施例中，该采收机能够进一步配置为执行指令，这些指令包括：响应于操作员输入，从该收集平台丢弃该被移除的一个或多个果穗，并丢弃该第一传感器和该第二传感器的输出。在本文中，该采收机可以在第一模式下操作，以在从玉米植株上采收果穗时收集这些果穗，并保留与所收集的果穗相关联的来自该第一传感器和该第二传感器的输出；并且可以在第二模式下操作，以在从玉米植株上采收果穗时丢弃果穗，并丢弃与所收集的果穗相关联的来自该第一传感器和该第二传感器的任何输出。

4、在实施例中，该采收机连续收集来自该第一传感器的输出包括：连续收集第一传感器输出并从该输出中提取单个玉米果穗重量。

5、本发明的各方面进一步包括操作被配置用于对生长在小区中的作物进行采收和表型分析的采收机的方法。这种方法的示例实施例包括一种用于收集和关联玉米信息的方法，该方法包括：从玉米小区的玉米植株上采收未剥皮玉米果穗；对该玉米果穗进行称重并收集重量；收集该玉米植株的田间位置；将该玉米果穗的重量与该玉米植株的田间位置进行关联；对该玉米果穗、该玉米植株和/或该玉米小区进行唯一标识；利用能够提供该玉米果穗的内部图像的成像设备对该未剥皮玉米果穗进行成像；以及从该图像中提取该玉米果穗的性状表型数据。在特定实施例中，该玉米植株为甜玉米植株。在特定实施例中，该收集和该关联在采收机穿过该玉米小区进行作业时连续执行。在特定实施例中，该收集和该关联基本上同时执行。

6、在实施例中，该方法进一步包括将该玉米果穗的性状表型数据与该玉米果穗的重量和该玉米植株的田间位置进行关联。在特定实施例中，对该玉米果穗、该玉米植株和/或该玉米小区进行唯一标识包括向该玉米果穗、该玉米植株和/或该玉米小区指派唯一标识符，并且该方法进一步包括将该玉米果穗的性状表型数据与该唯一标识符进行关联。本发明的各方面包括用于对作物进行表型分析的成像系统。这种作物成像系统的实施例包括：图像捕获设备；以及通信地耦合至该成像设备的处理器，该处理器被配置为执行指令以：捕获作物样本的图像；以及从所捕获的图像中提取与该作物样本的性状相关联的数据；以及基于该数据，向与该作物样本的性状相关联的一个或多个属性中的每一个指派单独值。在实施例中，该处理器进一步被配置为针对从共同小区采收的多个作物样本捕获图像，并根据该共同小区的每个作物样本的该一个或多个属性中的每一个的单独值来估计与从该共同小区采收的作物的性状相关联的每个属性的平均值。在特定实施例中，该作物为甜玉米。在特定实施例中，该图像捕获设备是能够提供该玉米果穗的内部图像的成像设备，例如，其中，该图像捕获设备是x射线图像捕获设备。在其他特定实施例中，该图像捕获设备是uv、可见光、nir、ct或mr图像捕获设备中的任一种、或者是其组合，和/或结合有x射线成像能力。在特定实施例中，该性状为适销性表型。在特定实施例中，与该适销性表型相关联的该一个或多个属性包括穗柄长度、穗柄直径、苞叶长度、果穗长度和果穗宽度。

7、本发明的各方面还涉及一种能够对作物进行采收和表型分析的作物管理系统。作物管理系统的示例实施例包括：采收子系统，该采收子系统包括采收头，该采收头用于夹持玉米植株并从所夹持的玉米植株上移除一个或多个未剥皮玉米果穗；成像子系统，该成像子系统包括图像捕获设备；一个或多个传感器，该一个或多个传感器包括用于感测在该采收子系统处对这些玉米果穗的收集的第一传感器以及用于感测该采收子系统的位置的第二传感器；以及处理器，该处理器具有代码，该代码用于执行指令以感测在该采收子系统中对该被移除的一个或多个玉米果穗的收集。在实施例中，该作物管理系统进一步包括用于将这些玉米果穗从该采收子系统转移至该成像子系统的转移子系统。在示例实施例中，该转移子系统包括传送带。

8、本发明的各方面还涉及一种操作作物管理系统的方法，该方法包括操作该作物管理系统的采收子系统和/或成像子系统，以对作物进行采收和表型分析。一种收集植株表型的方法的示例实施例包括：获得包含玉米穗轴的未剥皮玉米果穗的图像；以及从该图像中提取该玉米穗轴的性状显著表型数据。在实施例中，该方法进一步包括基于所提取的图像评估该玉米穗轴的表型。在实施例中，该方法进一步包括响应于所评估的表型与期望表型相匹配而将来自该玉米果穗的种子推进到育种管线中。在实施例中，该方法进一步包括响应于所评估的表型与期望表型相匹配而向该玉米果穗、该玉米穗轴和/或该玉米植株指派表型值。在特定实施例中，该玉米为甜玉米。在特定实施例中，该表型为适销性性状，并且表型数据包括果穗长度、果穗宽度或穗柄长度。在该方法的实施例中，该未剥皮玉米果穗的图像是经由包括相机、光学传感器或其他已知成像设备的成像子系统获得的；并且该玉米的表型经由耦合至该成像子系统的控制器进行评估，该控制器配置有用于从该图像中提取和/或处理该性状显著表型数据并基于该数据评估该表型的代码。

9、本发明的各方面进一步包括一种收集甜玉米植株的表型的方法。这种方法的示例实施例包括：获得来自于生长在小区上的甜玉米植株的、包含玉米穗轴的未剥皮玉米果穗的图像；从该图像中提取与该玉米穗轴的适销性表型相关联的数据；以及基于从该图像中提取的数据，为该甜玉米穗轴、植株和/或小区指派适销性值。

10、本发明的各方面进一步包括一种育种方法，该育种方法包括：从小区的玉米植株上采收玉米果穗；获得每个玉米果穗的图像；从每个玉米果穗的该图像中提取该玉米穗轴的性状显著表型数据；针对该小区的玉米植株估计统计性状显著表型值；以及基于该统计值，将该小区的一个或多个玉米植株推进到育种管线中。在特定实施例中，从试验小区的玉米植株上采收这些玉米果穗，并对其性状显著表型进行评估，以确定是否将其推进到育种管线中以用于商业目的。在特定实施例中，该性状显著表型为适销性表型。在实施例中，统计性状显著表型值高于阈值的玉米植株被选择以推进到育种管线中。在示例实施例中，该阈值是基于期望的性状显著表型（比如玉米穗轴的适销性表型）进行选择的。